雷達(dá)中頻信號(hào)通道間串?dāng)_抑制技術(shù)研究

蘇延川 楊士義

摘 要 在沒(méi)有直接電氣連接的傳輸線之間由于感應(yīng)電壓或電流所產(chǎn)生的電磁耦合被稱(chēng)為串?dāng)_效應(yīng)。通道間的串?dāng)_噪聲疊加在回波信號(hào)上時(shí)，會(huì)影響到回波信號(hào)的檢測(cè)精度。因此電路設(shè)計(jì)時(shí)，必須采取必要的措施，以獲得較好的中頻采樣通道間串?dāng)_抑制效果。本文從串?dāng)_的分類(lèi)、解決措施、實(shí)施效果等方面進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】串?dāng)_ 端接 隔離度

1 串?dāng)_分類(lèi)

串?dāng)_效應(yīng)包括容性耦合和感性耦合。其容性耦合會(huì)引發(fā)耦合電流，如圖1所示，感性耦合會(huì)引發(fā)耦合電壓，如圖2所示，并且傳輸線距離越近、頻率越高，耦合效應(yīng)越明顯。在低頻段傳輸線間的耦合可以建立耦合電容模型，在高頻段傳輸線間的耦合可以建立電感-電容集總參數(shù)導(dǎo)線或傳輸線模型。

基于上述兩種模型的計(jì)算如下：

注入到靜態(tài)線上的瞬時(shí)容性耦合電流總量為：

CmL：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度互容（C12） V：信號(hào)電壓 v：信號(hào)傳播速度 RT：信號(hào)上升時(shí)間

注入到靜態(tài)線上的瞬時(shí)感應(yīng)電壓為：

LmL：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度互感（L12） I：信號(hào)電流 v：信號(hào)傳輸速度 RT：信號(hào)上升時(shí)間

2 解決措施

通道間的串?dāng)_噪聲疊加在回波信號(hào)上時(shí)，會(huì)影響到回波信號(hào)的檢測(cè)精度，為了減小通道間的串?dāng)_，本項(xiàng)目提出并驗(yàn)證的方法如下：合理設(shè)計(jì)中頻采樣電路的供電、地網(wǎng)絡(luò)，降低電源、地噪聲；做好端接匹配，減小串?dāng)_噪聲的反射；優(yōu)化印制板疊層結(jié)構(gòu)，合理分配走線層，消除遠(yuǎn)端干擾；使用地線及平面保護(hù)關(guān)鍵信號(hào)、合理控制阻抗，使用小介電常數(shù)的板材等。通過(guò)這些方法的優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得了較好的中頻采樣通道間串?dāng)_抑制效果。

合理設(shè)計(jì)中頻采樣電路的供電、地網(wǎng)絡(luò)，降低電源、地噪聲；做好端接匹配，減小串?dāng)_噪聲的反射；優(yōu)化印制板疊層結(jié)構(gòu)，合理分配走線層，消除遠(yuǎn)端干擾；使用地線及平面保護(hù)關(guān)鍵信號(hào)、合理控制阻抗，使用小介電常數(shù)的板材等。通過(guò)這些方法的優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得較好的中頻采樣通道間串?dāng)_抑制效果。

2.1 供電網(wǎng)絡(luò)

AD芯片的供電分為數(shù)字電（DRVDD）、模擬電（ARVDD）兩種，模擬電直接用于中頻信號(hào)采樣，對(duì)采樣效果至關(guān)重要，因此選用穩(wěn)定度較高的LDO進(jìn)行供電；數(shù)字電選用DCDC進(jìn)行供電。

+5V電源由導(dǎo)引頭二次電源提供，進(jìn)入AD供電網(wǎng)絡(luò)后首先進(jìn)行電源濾波，之后進(jìn)入LDO獲得穩(wěn)定的電壓輸出，通過(guò)多路EMI電源濾波器為每路AD芯片分別供模擬電，保證電源之間的隔離不相互干擾。模擬電供電示意圖如圖3所示。

2.2 地平面設(shè)計(jì)

地平面作為信號(hào)的回流路徑，信號(hào)可能會(huì)通過(guò)地平面污染其它通道的信號(hào)。本設(shè)計(jì)中采用同一GND保證回流的通暢，同時(shí)劃分對(duì)地平面進(jìn)行分割，限制不同通道間的回流路徑確保不會(huì)相互干擾。地平面設(shè)計(jì)示意圖如圖4所示。

2.3 端接匹配

信號(hào)反射和傳輸線的阻抗連續(xù)性密切相關(guān)。傳輸線的阻抗發(fā)生突然變化會(huì)直接導(dǎo)致產(chǎn)生反射。只要傳輸線存在阻抗不連續(xù)的點(diǎn)，該處就會(huì)發(fā)生反射。由于發(fā)送端的輸出阻抗通常較低，而接收端輸入阻抗一般遠(yuǎn)高于傳輸線特性阻抗，發(fā)送端與接收端的阻抗差異會(huì)使得信號(hào)會(huì)在兩個(gè)端點(diǎn)之間反復(fù)反彈，形成振鈴。匹配端接就是人為加入電阻使傳輸線阻抗盡量變得連續(xù)來(lái)消除或減輕這種突變，從而減少反射。

本項(xiàng)目采用串聯(lián)端接的方式，在中頻信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，串聯(lián)33歐電阻，使接收端波形達(dá)到滿擺幅，反射信號(hào)返回元斷后不再反射，如圖5所示。

串聯(lián)端接只需要給每條傳輸線增加一個(gè)端接電阻，無(wú)需與電源相連接，消耗功率小。當(dāng)驅(qū)動(dòng)高容性負(fù)載時(shí)串聯(lián)端接可提供限流作用，這種限流作用可以幫助減小地彈噪聲。

2.4 印制板疊層及走線設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目采用14層板設(shè)計(jì)，其中6個(gè)為plane層、8個(gè)為信號(hào)層。為信號(hào)層設(shè)計(jì)完成的參考層，保證阻抗的連續(xù)，同時(shí)為關(guān)鍵的時(shí)鐘信號(hào)設(shè)計(jì)完整的保護(hù)地，消除相互干擾，中頻采樣通道間通過(guò)連續(xù)的地空進(jìn)行隔離；并行數(shù)字信號(hào)線保證走線等長(zhǎng)，減小傳輸延遲的差異。印制板板材選擇高TG Fr4材料，介電常數(shù)較小，合理控制阻抗。

3 實(shí)施效果

采用上述設(shè)計(jì)方案，完成了了電路的設(shè)計(jì)及調(diào)試。實(shí)物圖如圖6所示。

完成單板調(diào)試后，隨系統(tǒng)進(jìn)行了系留試驗(yàn)、地面鑒定、外場(chǎng)靶試等各種實(shí)驗(yàn)考核，滿足系統(tǒng)要求的大于45dB的要求

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）在空空導(dǎo)彈中首次采用高速AD采樣電路，為系統(tǒng)獲得80dB的大動(dòng)態(tài)范圍奠定了基礎(chǔ)；

（2）通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)供電、地網(wǎng)絡(luò)、做好端接匹配、優(yōu)化印制板疊層結(jié)構(gòu)、使用地線及平面保護(hù)關(guān)鍵信號(hào)、合理控制阻抗等方法，獲得了較好的中頻采樣通道間串?dāng)_抑制效果（大于45dB）；

（3）在較小的體積內(nèi)，通過(guò)良好的數(shù)模混合電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了多通道的中頻采樣，幅提升性能并減小了體積。

參考文獻(xiàn)

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[2]孫志虎，李曉明.基于下變頻器AD9654的塔康中頻數(shù)字化接收機(jī)設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2010，10（31）：7768-7772.

作者簡(jiǎn)介

蘇延川（1982-），男，河南省汝州市人。高級(jí)工程師。碩士學(xué)位。研究方向?yàn)槔走_(dá)導(dǎo)引頭信號(hào)處理。

作者單位

1.中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院 河南省洛陽(yáng)市 471000

2.駐中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院軍事代表室 河南省洛陽(yáng)市 471000